水电机组状态监测现状及发展趋势分析

何涛

【摘要】传统的水电机组以“计划检修”的方式为主，这种传统的检修方式工作效率低，缺乏灵活性，难以保证水电机组的正常运行。状态监测是一种“预测性维修”模式，这种监测技术能有效地增加设备运行的可靠性，提高检修的效率。本文就水电机组状态监测技术的现状和发展趋势展开了论述。

【关键词】水电机组；状态监测；现状；发展趋势

水电机组是水电厂中的核心设备，水电机组状态监测系统是一种对在线监测水轮发电机组各部位运行状态进行监测的的系统，对于保证水电机组的正常运行有着非常重要的作用。加强对水电机组状态监测技术的研究已成为当今输电机组运行安全保障的必然趋势。

一、水电机组状态监测技术研究现状

（一）国外水电机组状态监测技术研究现状

国外状态监测技术是在20世纪60年代由美国国家机械故障诊断研究会提出的，这项技术在之后的20年里逐渐由理论研究过渡到实践阶段。在1984年，为提高水电机组的可靠性与机组运行效率，一位瑞士咨询公司的工作者对状态监测技术进行了详细分析。而后，随着水电机组模型的搭建成功，机组状态监测技术有了合理的数据基础，并且在科学技术的发展下，状态监测技术拥有了技术支持和保证，使其拥有了长足进步和发展的条件。21世纪以来，在计算机技术的进步与完善中，水电机组状态监测技术中开始运用许多成熟的智能系统，例如在美国与加拿大两国的研究机构协作下所开发的水轮机汽蚀监测系统。

（二）国内水电机组状态监测技术研究现状

国内关于水电机组状态监测技术的研究起步较晚，主要是从20世纪90年代开始，一些研究院所和生产厂家开展了相关研究，并开发了相应的产品，成功的应用于水电厂的生产运行中。国内水电机组状态监测技术的研究和应用现状的特点主要表现在以下一个方面：

1.状态监测的研究取得了一定进展，相关产品的研制有了一定成果。例如水轮发电机组稳定监测技术，其中稳定性的监测包括振动、摆度和压力动脉项目，此外还有主变压器油色谱的监测技术。这些监测技术和产品在各种水电厂中已被广泛应用，并且对监测系统的研发已经开始向多方向转移，如发电机绝缘局放、水轮机空化汽蚀、水轮机效率等，这些项目是目前状态监测技术研究的重点。

2.一般来说，我国内的电厂建立较早的大多数机组的状态监测系统较为单一，或是在各项监测相互独立的情况下采取多个项目的监测，这类电厂在应用和管理设备状态监测产品方面还具有很大的空间加以完善。而向葛洲坝电厂、隔河岩电厂等建厂时间较晚的现代化大型水電厂，它们的机组设备状态监测系统相对来说更加完善，监测能力更加全面，例如拥有一定的分析诊断能力。

3.机组状态监测技术在实用产品的研发方面，主要有综合在线监测系统，是建立在网络技术和系统集成技术的基础上，通过将不同的监测装置接入同一个系统中从而整合数据、统一操作，进而实现了系统远程监控和分析。例如清江水布垭电厂，其所应用的PSTA2003状态监测与跟踪分析系统是与机组的设计、安装同步进行的，能实现对多种项目的监测与分析，包括机组主机稳定性、定转子气息和磁场强度、发电机绝缘、定子线棒振动、水轮机空化汽蚀等等。

目前国内水电机组状态监测技术主要存在这功能分散、诊断方法单一、系统冗余、缺少实践验证等几个方面的问题。目前国内水电厂的状态监测系统基本上都是对水电机组的状态分析，缺乏故障诊断以及未来状态预测等功能，在诊断方法上，主要是根据机组的振动信号或是摆度信号来对其状态进行分析，对于其它可能影响水电机组状态的因素没有全面的考虑在内，因此，这样单一的诊断方法难以全面、准确的监测出水电机组的状态。由于状态监测的功能较为分散，造成了各项系统独立，这些系统难以整合从而形成了系统冗余，对整个系统运行的经济性造成了不利的影响。除此之外，水电机组状态监测技术的理论研究多于实际应用，缺乏实践验证对状态监测技术的发展极为不利。

二、水电机组状态监测发展趋势

（一）常见的状态监测技术

1、机组稳定性监测技术

机组稳定性监测技术是一种常见的状态监测技术，也是目前研究比较热门的监测技术，对于水电机组的机械振动监测较为适用，主要对结构振动、水压脉动、主轴承的摆动幅度等各项内容进行监测。每项监测内容都采用特定的传感器进行监测，其中结构振动使用速度传感器也成为加速传感器，主轴摆动使用电涡流位移传感器，水压脉动使用压力传感器。各个传感器所监测到的技术参数和数据通过状态监测系统进行汇总处理和分析，从而判断机组的稳定性。

2.发电机局部放电监测技术

发电机局部放电是指水轮发电机定子绕组绝缘层的内部或边缘发生的非贯穿性放电现象。系统中的一些小空隙或者表面在高压绝缘环境中产生局部放电的几率较大。在实际运用中定子绕组对绝缘的水平要求较高，这是由于其一直处于高温、高压以及各种化学物质和机械振动影响的环境中，长久使用中，会使其发生绝缘老化和磨损情况，从而增加局部放电的几率，对定子绕组的绝缘系统产生破坏。

3.主变压器油气监测技术

较早的发现和鉴别电力变压器故障的方法是对变压器内部气体性色谱分析，一般而言，其故障类型包括过热引起的故障、放电引起的故障和绝缘受潮失灵故障等。随着监测技术的发展，气体色谱分析法、光声光谱分析法等技术相继出现。

（二）基于虚拟现实的状态监测技术

基于虚拟现实的状态监测技术是一种运用先进科学技术和设备的新的状态监测技术，这种技术也是未来水电机组状态监测技术的发展趋势所向。对于传统的状态监测方法中存在的监测数据共享性和整体性较差的问题，基于虚拟现实的状态监测技术能更加简洁、形象的表达出监测的数据，解决了传统监测系统受主观影响因素大的问题，对运行人员的要求有所降低。所谓虚拟现实，是指将需要监测的设备状态以一种更加直观的方式呈现出来，使之更加完整、形象，运行和维护人员对机组设备的实际状态能更好的感知，并以更加“自然”的方式获取机组设备状态。此外，基于虚拟现实的状态监测技术还会提供“恰当”的数据分析，对运行人员和维护人员更好的进行设备状态分析有辅助作用，便与更好的进行设备故障诊断。

结束语

基于虚拟现实的状态监测技术是一种新的机组状态监测技术，这种基于虚拟现实技术的系统对于单个监测系统中存在的信息共享不全面、数据采集单一，故障分析不完整等缺点能较好的改善。然而，基于虚拟现实的状态监测技术的研究仍处于初级阶段，在实际的应用中仍然存在许多不足之处，对于机组状态监测和故障分析技术需要进一步的研究和探索，从而保障机组的正常运行。相信未来在计算机技术的更多的使用中，水电机组状态监测技术的精确性和全面性会得到进一步的提高。

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